JPS5944648A - デオキシリボ核酸の塩基配列決定方法 - Google Patents

デオキシリボ核酸の塩基配列決定方法

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JPS5944648A
JPS5944648A JP57155550A JP15555082A JPS5944648A JP S5944648 A JPS5944648 A JP S5944648A JP 57155550 A JP57155550 A JP 57155550A JP 15555082 A JP15555082 A JP 15555082A JP S5944648 A JPS5944648 A JP S5944648A
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JP
Japan
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base
dna
samples
zone
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP57155550A
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English (en)
Inventor
Takashi Sato
隆 佐藤
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SANSOU SEISAKUSHO KK
Original Assignee
SANSOU SEISAKUSHO KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気泳動によるデオキシリボ核酸(]JNA)
の塩基配列決定方法に関する。
本明細書で言う「DNA断片」とはマキザムーギルバー
ド(Maxam−GiIbert’)法などを用いて、
DNA塩基配列を決定するために試料として用いる、数
百塩基対から成るDNAをさし、生体中に存在する環状
あるいは線形の巨大DNAを制限酵素などを用いて切断
したものをいう。rDNAフラグメント」とは、マキザ
ムーギルバード法などを用いて、DNA断片を所定の方
法で塩基特異的に切断し、たどきにでとる個々の長さの
ものをいう。rDNAフラグメントザンプル1とは、D
NA断片を塩基特異的に切断したときにそれぞれできる
、各程良さのDNAフラグメントの混合物をいう。
最近の分子生物学、遺伝子工学の発展に伴ない、DNA
の塩基配列決定の必要性が急速(に高まってきている。
事実マクザムーギルバート″’(Maxam−Cilb
ert)法をはじめとするいくつかの塩基配列決定法が
開発された。
ところでマクサム−ギルバート法においては。
一端を放射性元素[32P)でラベルしたDNAを塩素
特異的に、化学的に切断、すなわちT(チミン)、C(
シトロン)、G(グアニン)、A(アデニン)の位置で
、特異的に切断したDNAフラグメントのザンプルを、
ポリアクリルアミドゲルの所定の位置に左から右へとな
らべ、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行なうことに
より、1塩基ずつの長さの違いによって分離し、オート
ラジオグラフィーを行なう(図−1)。したがってオー
トラジオグラム上にあられれたゾーンの位置は。
それぞれの塩基がONA中のどの位置に存在しているか
に対応しており、遠くまで移動したゾーンはど、その特
異的切断をされた塩基がDNAItjの末端近くに存在
していることになる。したがって実際には、最も遠くま
で移動したゾーンから、順次どの塩基の部分で切断を行
なったONAフラグメントであるかを調べ、DNAの塩
基配列を決定する方法である。
この方法では、20X40cmのポリアクリルアミドゲ
ルを用いて200〜250程度の塩基の配列を決めるこ
とかできると言われているが、そのためには、オートラ
ジオグラム上で、それぞれの塩基の位置で特異的に切断
したDNAフラグメントの移動距離(ゾーンの位置)を
測定し、他のDNAフラグメントの移動距離と比較する
必要がある。この際DNAフラグメントの移動距離は、
フラグメントの大きさの対数に逆比例していることが知
られており、したがってDNAフラグメントのサイズの
比較的大きい領域では、それぞれのゾーンの移動量の差
は、非常に少さくなり、精度の高い位置測定が要求され
る。
ところが、現在までのところ、マクザムーギルハート法
ニよるオートラジオグラム上のゾーンの自動読み取り1
M析のシステム化ははかられておらず、人間が肉眼的に
ゾーンの位置を比較、決定しているにすぎない。
ところで、DNA塩基配列、自動読み取り、解析システ
ムを作ろうとした場合に、一つの大きな問題点が存在す
る。すなわち、ポリアクリルアミドゲルの重合の不均一
さ、あるいは電気泳動中に不均一に電場がかかるなどの
理由で、泳動分離されたDNAフラグメントのゾーンが
泳動方向に対して正確に直角にならず、曲がったり、歪
んだりしてしまうことである(図−1)。ところが、こ
の歪みは電気泳動の性質上、除去することは、難しい1
.その歪みの一例を誇張して示すと、図−2のように、
Gのゾーンは泳動方向に対し直角になっているが、この
ゾーンはいくらか左側の部分が右側の部分より泳動され
た量が少なく、左上がりに傾いている。さらにTのゾー
ンは、その傾きの程度が、Cよりもはげしくなっている
。このような歪みが認められた場合、肉眼によるゾーン
の順番決定の際には、まず、TのゾーンのCの方向への
延長線を考え、その延長線がCσ)ゾーンよりも上に来
るか下に来るかを判断する。次いで、同様にしてCとG
のゾーンの相対位置も決定する。3(この場合の局所的
塩基配列はTCG)。このゾーン位置の決定を機械的に
行なう一番簡単な方法はそれぞれのゾーンの中点の位置
(y座標)を測定し、その値を比較し、ゾーンの順番を
決める方法であるが、図−2にあげた例では、T、C,
Gそれぞれのゾーンの中点をYT、yc、 YQとすれ
ばyT> yC> YGとなり、この測定の座標軸の取
り方を考慮すると、yの値の小さいものほど遠くまで泳
動されたことになるので、この場合の局所的塩基配列は
GCTとなり、明らかに肉眼でゾーンの順番を決定した
場合と異なる。
このように、DNA塩基配列自動読み取り装置において
は、単純にオートラジオグラム上の各ノ−ンの中点を正
確に測定しても無意味で、特に1DNAフラグメントの
大きい領域においでは、肉眼的にゾーンの相対位置を決
定する場合に相当ずろような、何らかのゾーンの歪みに
対する補東方法を開発する必要があて)。この方法では
ポリアクリルアミドゝゲル電気泳動のためのサンプルの
ならべ方は、T、C,G、Aそれぞれの塩基での特異的
な切断を行なったDNAフラグメントサンプルを順次左
から右へとならべていた(図−1)。このようなサンプ
ルの配列を用いて電気泳動をした結果得られたオートラ
ジオダラム上のDNAフラグメントゾーンの位置決定は
、不完全な電気泳動に起因するゾーンの歪み、曲がりが
存在した場合には、「従来技術の欠点」の項で論じたよ
うに、読み取りが不正確になり、何らかの形で補正をか
ける必要がある。この補正のかげ方の躯1の方法は、肉
眼での読み取りの除に行なう補正と全く同じことをコン
ピュータを用いて行なう方法である。すなわち、図−2
において、Tのゾーンの左端と右端の座標を求め、その
値を用いて、このゾーンのC方向への延長線を計算する
。この延長線とCゾーンの中点の位置とを比較し、どち
らのゾーン力方がより遠くまで泳動されたかを判断する
このような操作をT−C,G、Aすべでノソーンについ
てくり返し、各ゾーンの順番を決めろことは可能である
。しかしそのための計算量はかなり多(、また大きな記
憶容量のコンピュータが必要となるばかりでなく、測定
ポジション数も増すので、誤差も大きくなるなどの欠点
がある。
本発明においては、サンプルは図−2に示すとうり、各
塩基に特異的な切断を行なったDNAフラグメントのそ
れぞれの両側に4種の塩基特異的な切断を行なったDN
Aフラグメント全部の混合物を対照としてならべろこと
により、ゾーン位置の歪みによる誤差の補正を簡略化す
る。
本発明は、一端を例えば[32P )からなる放射性元
素でう(ルしたDNA断片に各塩基特異的切断を行ない
、その切断によって得られたD N Aフラグメントザ
ンプルを電気泳動して、ラベルされた多数のDNAフラ
グメントをオートラジオダラフイで検出することからな
るDNA断片の塩基配列決定方法において各塩基特異的
な切断をした4種類のDNAフラグメントサンプル全部
を混合した対照サンプルを1つ置きに並べ、その間に塩
基特異的な切断をしたDNAフラグメントサンプルを置
き、電気泳動してそのサンプルの両側の対照サンプルの
泳動結果から、塩基特異的切断を行なった1つのサンプ
ル中のDNAフラグメントのラインでの一つずつ塩基の
数の違うゾーンの泳動されてくる位置を予測し、その位
置に該当するゾーンがその塩基特異的な切断をしたサン
プルのラインに存在するかどうかを判断して、そのサン
プル中の多数のDNAフラグメントの泳動位置を決定し
、塩基特異的切断を行なった他の各サンプル中の多数の
D N Aフラグメントについても同、鍼な操作を行な
うことにより、塩基特異的切断を行なった。その値のサ
ンプルの多数のD N Aフラグメントの位置を決定し
、それによって塩基特異的切断を行った各フラグメント
の順序を決定することを特徴とするDNA断片の塩基配
列の決定方法に関する。
一つのDNAフラグメントサンプルに含まれた多数のD
NAフラグメントの泳動位置と他のサンプルに含まれた
DNAフラグメントの泳動位置は第6図に示されるよう
に5つの対照サンプルの間に4つのDNAフラグメント
サンプルを並べて同時に測定しても良いが、別々に測定
しても良い。
はkんどの電気泳動の不完全さにょる/−ンの歪み、曲
かりは図−4示すように、ゲルの側面に近いものほど泳
動距離が短く、シたがってゲルの左側の部分では左上が
りの傾き、またゲルの右側の部分では、右上がりのゾー
ンが形成されるので、対照1と対照2のそれぞれ第1]
番目のゾーンの位置yT4、y″+1の位置を正確に測
定し、そのy座1票の直の平均3/1、。−(′V′。
+y/11)/2を求める。このyToはTのラインで
の、n個のヌクレオチド8から成るDNAフラグメント
の泳動されて来る位置を示していることになる。次いで
Tのラインの中に、この位置に相当するゾーンが存在す
るかどうかを判断する。図−4に示した例では該当する
ゾ−ンは存在しない。1図−4のTσ)ラインの例では
対照1、T、利照2のゾーンは、泳動方向に対し、はぼ
同じだげ傾いていたので、上記の方法で求めたTライン
でのn個のヌクレオチド゛より成るDNAフラグメント
の泳動されて来るべき位置は、本来Tライン上でこの大
きさのフラグメントを泳動しまた」場合に、泳動されて
来る位置と全く同じになることは数学的にも明確である
。ところが図−4の対照2、C,対照乙のように、それ
ぞれのゾーンの傾きが、少しずつ異っている場合(経験
的に傾きの大きさは対照2〉C>対照6となっている)
には、計算で求めたCラインでの泳動位置y。n−(y
′′n+y′′In)/2と、実際にn個のヌクレオチ
ドから成るDNAフラグメントが泳動されて来る位It
Rycynとは、わずかだがずれている。しかしこのず
れの程度は、隣接する長さの違うDNAフラグメントの
泳動されて来る位置との差に較べはるかに小さいので、
ある或値内(例えば隣接するゾーンとの位置の違いの3
0%以内)におさまれば、そのゾーンが存在すると判断
してよい。
このように、直接塩基特異的な切断を行なったDNAフ
ラグメントのゾーン相互の位置を比較するのではなく、
サンプルの画同に必ず対照をおき、これらの対照から一
つずつ長さの違’5 D N Aフラグメントが、サン
プルのラインのどの位置、に泳動されて来るかを予測し
、その位置にDNAフラグメントのゾーンが存在するか
どうかを判断することにより、効果的に、しかも簡単に
不完全な電気法@に伴なう歪み、曲がりを補正すること
ができる。
本発明のデータ解析の手順の1例を示すと次の通りであ
る。
デンシトメーターとそれに接続したコンピュータを用い
、次の測定、計算を行なう。
4−1 化学修飾された塩基の存在の有無のチェック 図−6において、対1のラインを矢印の方向ニスキャン
し、それぞれσ)ゾーンの中点の位置を読み取り、記憶
する。このDNA中に化学的に修飾をうけ、したがって
切断されない塩基が存在するかどうかを調べるために、
6つの連続するゾーン1]、n十j、n+2の位置y 
 、y+1、y +2n     II       
    nの間に次の式が成立するかどうかをチェック
する。
Y11+2−Yn+1(Yn+1−Yn  (n=1.
2、ろ・・・)この式が成立しない場合は、n+1番目
とn+2番目のヌクレオチドの間に化学修飾された塩基
が存在することになるので、この塩基の位置を記憶し、
以後の計算において、塩基数と補正を行なう。
4−2  DNA中のTの位置の決定 デンシトメーターを用いて、図−20対1、T、対2の
ラインのゾーンの中点(Y’(1,Y 1n+ y/r
In−1,2,6・・・)をそれぞれ測定し、コンピュ
ータに記憶する。対1と対2のそれぞれ対応する番号の
ゾーンの位置の平均(yl、1、n=1.2.3−)を
とる。記憶されたTのゾーンの中点の位置(y0mm=
1.2.6・・・)の中に、YTnと次の関係にあるも
のをさがす。
1 yTIII −3’Tn 1(0,313/T+1
− yTn+ 11(n−1,2,6・・・、m=1.
2.3−)このようなゾーンが存在した場合、その時の
口の値のところにTが存在するとして記憶する。この+
1の値は、DNAの末端から第1]番目のヌクレオチド
がTであることを示している3゜ 4−3  DNA中の他の塩基の位置決定図−6の対2
と対6を用いで、4−2と同じ方法でCの位置、対6と
対4からG、灯4とズ15からAの位置を決め、それを
記憶する。
4−4  DNA塩基配列の決定 記憶した、それぞれの塩基の位置(番号)のデータの中
から、順次第1番目、第2番目・・・にヌ1応する塩基
を呼び出し、その順番をプリントアウトする。
4−5 相補的なりNA鎖を用いての塩基配列の確認 以上述べた方法でDNAの塩基配列?決定することがで
きるが、実験に伴なう誤差などにより、データの解析に
誤りが生じる可能性がある。ここで確実性を増すために
,図−5に示すように、塩基配列な決定しようとしてい
るDNAとそれに相補的なりNAとのサンプルのセット
を、一枚のポリアクリルアミドゲルの上にならべて泳動
し、」二記の方法で解析することにより得られた2組の
DNAの塩基配列を、それぞれのDNAの切断位置、D
NAの大きさ等を考慮した上で、相補性が成立している
かどうか、即ちA−T、G−C対が塩基配列の上で成立
しているかどうか調べる。もし相補性が成立していない
場合は、その旨表示する。
【図面の簡単な説明】
第1図はマクサム−ギルバート法によるポリアクリルア
ミドゲル上のサンプルのならべ方を示す概略図である。 T、G、G、Aは、それぞれの塩基に特異的な切断を行
なったDNAフラグメントサンプルである。 第2図はゾーンに歪み、曲がりがおこった」場合の測定
の不正確さを示す概略図である。y工、yC13/cは
それぞれのゾーンの中点を示す。 第6図は本発明におけるポリアクリルアミドゲル上のサ
ンプルのならべ方を示す概略図である。 対1〜5は、T、C,G、A1重のサンプルを混合した
ものである。 第4図は本発明におけるゾーンの歪み、曲がりの補正の
概念図である。。 第5図はDNAの相補性の確認をする際のホリアクリル
アミトゝゲル上のサンプルのならべ方を示す概略図であ
る。 特許出願人 株式会社三双製作所 第1図 立置 叢2図 7’T > 7cンy9 策、3図 ’$t+出 ・−1會a                 −一嬌
鵬、□□〜1−..、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一端を灘射性元素でラベルしたDNA断片に各塩基特異
    的切断を行ない、その切断によって得られたDNAフラ
    グメントサンプルを電気泳動してラベルされた多数のD
    NAフラグメントをオートラジオグラフィで検出するこ
    とからなるDNA断片の塩基配列決定方法において各塩
    基特異的な切断をした4種類のDNAフラグメントサン
    プル全部を混合した対照サンプルを1つ置きに並べ、そ
    の間に塩基特異的な切断をしたDNAフラグメントサン
    プルを置き、電気泳動して、そのサンプルの両側の対照
    サンプルの泳動結果から、塩基特異的切断を行なった1
    つのサンプル中のDNAフラグメントのラインでの一つ
    ずつ塩基の数の違うゾーンの泳動されてくる位置を予測
    し、その位置に該当するゾーンがその塩基特異的な切断
    をしたゾーンプルのラインに存在するかどうかを判断し
    て、そのサンプル中の多数のDNAフラグメン1、の泳
    動位置を決定し、塩基特異的切断を行なった他の各サン
    プル中の多数のDNAフラグメントについても同様な操
    作を行なうことにより1、塩基特異的切断を行なったそ
    の他のサンプル中の多数のDNAフラグメントの位置を
    決定し、それ1によって塩基特異的切断を行った各フラ
    グメントの順序を決定することを特徴とするDNA断片
    の塩基配列の決定方法。
JP57155550A 1982-09-07 1982-09-07 デオキシリボ核酸の塩基配列決定方法 Pending JPS5944648A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6317477U (ja) * 1986-07-18 1988-02-05
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